[发明专利]一种高压直流电缆用石墨烯改性电缆料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种高压直流电缆用石墨烯改性电缆料及其制备方法。将明胶加入醋酸进行超声分散，加入异丙醇和石墨烯后继续超声分散，经磁分离、醇洗、干燥制得磁性明胶微粒，与超支化有机硅聚氨酯丙烯酸酯预聚物混合并紫外灯辐射，得到包覆处理的石墨烯微粉，与基体树脂、阻燃剂、稳定剂共混造粒，即得石墨烯改性电缆料。该方法通过磁性明胶微粒吸附和超支化聚合物包覆石墨烯制得改性聚氯乙烯电缆，石墨烯在基体树脂中的分散性好，有效提高了电缆料的机械性能，同时空间电荷抑制能力强，整个制备过程较为简单，易操控，应用前景好，适于规模化推广。

技术领域

本发明涉及电缆料改性领域，具体涉及通过添加石墨烯实现电缆料改性，特别是涉及一种高压直流电缆用石墨烯改性电缆料及其制备方法。

背景技术

输电技术的百年发展史主要是依靠不断提高电压等级拉提高线路的输送容量及输送距离。传统的交流电力系统能十分便捷地将电能传输给用户，但由于高损耗、高成本等缺点逐渐被淘汰。随着电力资源的日益紧缺和全世界正在大规模发展绿色能源的趋势，直流输电可以把风力发电、潮汐发电、太阳能发电等具有不稳定的电源与电力系统联接起来而不会影响电网的电能质量水平，因此低损耗、低成本的塑料高压直流输电方式成为主要发展方向。

高压直流输电线路成本低、损耗小、没有无功功率、连接方便、容易控制和调节，在长距离输电中已被广泛采用。另外，直流电力电缆绝缘的工作电场强度高、绝缘厚度薄、电缆外径小、重量轻、制造安装容易、载流量大、没有交流磁场、有环保方面的优势。因此直流高压输电电缆作为直流输电系统中不可或缺的一部分，是高压输电中的重要课题。然而高压直流电缆的研究仍存在难点，其中一个重要的难题就是空间电荷问题，只有克服了空间电荷问题，才能成功地设计出高压直流电缆。因此，可以认为减少和消除绝缘材料中的空间电荷是研制直流塑料电缆的关键。

现阶段针对直流输电电缆空间电荷导致介质发生击穿、加速其电树枝发展和老化等问题，主要的解决技术通过掺杂、共混、接枝、共聚等技术对高压直流电缆用绝缘材料进行改性或研制，使材料具有高的直流击穿电场、高的绝缘电阻系数、低的热阻系数并且不易形成空间电荷，最常用的是添加无机填料进行填充改性。其中石墨烯作为自然界中能够稳定存在且具有良好化学惰性的二维晶体，是目前材料中厚度最薄、强度最高、比表面积巨大的新兴材料，是高压直流电缆填充改性的绝佳选择，对该项应用的研究和发展成为当下的热门课题。

中国发明专利申请号201610787544.6公开了一种功能化氧化石墨烯复配聚酰亚胺增强热稳定性能的电缆料，包含以下成分：热塑性聚氨酯弹性体、聚氯乙烯、硬脂酸、苯甲酸钙、硫醇甲基锡热稳定剂、钛酸酯偶联剂131、环氧大豆油、硬脂酸钡、氧化石墨烯、N,N-二甲基乙酰胺、环己基异氰酸酯、聚酰亚胺粉末、无水乙醇。

中国发明专利申请号201610132214.3公开了一种具有抑制空间电荷的高压直流电缆料的配方及其制备方法。其原料组成为：低密度聚乙烯，马来酸酐接枝聚丙烯，纳米二氧化硅，乙烯-锌烯共聚物，交联剂，抗氧剂，硅烷偶联剂，此发明具有抑制电缆料中空间电荷积累，改善直流高温下空间电荷分布，且采用此发明的电缆料的制成品具有交联结构稳定、耐高温、抗拉强度高、抗撕裂性和耐磨性好的优点。

中国发明专利申请号201310605948.5公开了一种高压直流电缆料、其制备方法及应用，主要成分为：高压直流电缆料由低密度聚乙烯、接枝改性的聚乙烯、硅烷偶联剂处理的核-壳型双组份无机纳米填料、抗氧剂、交联剂和抗铜剂组成；制备过程为：先将低密度聚乙烯，接枝改性的聚乙烯，抗氧剂和抗铜剂混炼，待聚乙烯熔融后加入硅烷偶联剂处理的无机纳米填料，然后加入交联剂，得到聚乙烯纳米复合材料。

根据上述，现有高压直流输电电缆因空间电荷效应，存在介质易发生击穿，材料电树枝发展和老化速度快等问题，而传统的添加无机填料进行改性处理的技术方法，包括添加新兴石墨烯材料的技术方法，因材料相容性差，均无法解决填料分散性差的问题，导致电缆材料机械性能不佳，对空间空间电荷抑制能力较弱。鉴于此，本发明提出了一种创新性的高压直流电缆用石墨烯改性电缆料及其制备方法，可有效解决上述技术问题。